第8章生物氧化与氧化磷酸化.ppt
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1、第 8 章,生物氧化与氧化磷酸化,8.1 生物氧化概述,物质在生物体内进行氧化称生物氧化,主要指糖、脂肪、蛋白质等在体内分解时逐步释放能量,最终生成CO2 和 H2O的过程。,CO2和H2O,O2,能量,ADP+Pi,ATP,热能,一、生物氧化概念,生物氧化的主要内容,C 酶 CO2 H O H2O 酶 有机物 H2O+ CO2 -ATP,* 生物氧化与体外氧化之相同点,生物氧化中物质的氧化方式有加氧、脱氢、失电子,遵循氧化还原反应的一般规律。 物质在体内外氧化时所消耗的氧量、最终产物(CO2,H2O)和释放总能量均相同。,是在细胞内温和的环境中(体温,pH接近中性),在一系列酶促反应逐步进行
2、,能量逐步释放有利于有利于机体捕获能量,提高ATP生成的效率。 进行广泛的加水脱氢反应使物质能间接获得氧,并增加脱氢的机会;脱下的氢与氧结合产生H2O,有机酸脱羧产生CO2。,* 生物氧化与体外氧化之不同点,生物氧化,体外氧化,能量是突然释放的。 产生的CO2、H2O,由物质中的碳和氢直接与氧结合生成。,生物氧化中CO2和H2O的生成,直接脱羧 氧化脱羧,反应底物 含羧基化合物 CO2,酶,脱氢、加水,反应底物 H ,脱氢酶,O2 H2O,系列传递体传递,氧化酶激活,二、生化反应的自由能变化,自由能:生物体(或恒温恒压)用以对环境作功的能量。 在没有作功条件时,自由能转变为热能丧失。,G =
3、H - TS,对于 A +B C +D,G0 自发 G 0 耗能 G 0 平衡,自由能的变化,A B G= G+RTlnA/B G :标准自由能变化(25,1个大气压,pH=0,反应物和产物均为1M) R:摩尔气体常数8.314J/(molK ) T:绝对温度 反应平衡, G=0,生物体内,pH=7时 G=-2.303RTlgKeq G0 反应自发进行,在氧化还原反应中: 电子供体还原剂 电子受体氧化剂 反应:一对氧化还原反应;类似于酸碱反应 (酸碱反应) 质子供体H+ + 质子 (氧化还原反应): 电子供体H+ + 电子受体 生物氧化经常涉及脱氢;氧化作用和脱氢经常是同义词,许多氧化反应是脱
4、氢酶催化。 比较氧化还原反应对: 还原性更强的化合物含氢比含氧更多; 氧化性更强的化合物含更多氧更少含氢;,氧化还原电位,标准氧化还原电位(势) 标准条件下,每一个氧化还原对都有一个标准的氧化还原电势(E)。标准氧化还原电势是样品半电池在标准条件下相对于参考半电池所具有的电动势(electromotive force,即emf),以伏特(V)表示。参考半电池是标准氢半电池。在25、H为1.0 mol/L (pH0)、一个大气压的氢气压力下的铂电极,硬性规定它的氧化还原电势为0,即E=0.在测定样品半电池的标准电势时,需将它与参考半电池组成一个原电池。,发生在生物体内的氧化还原反应是在生理pH下
5、进行的,故将生物体内的氧化还原电对的标准电势另作了规定,即除了规定了氧化型和还原型的浓度为1.0 molL(或单位活度) 、温度为25外,还规定了 pH取生理pH7,在这样的标准条件下与上述标准氢电极(pH=0)偶联,测定的标准氧化还原电势用E=表示。 生物细胞中氧化还原电位变化: E=标准氧化电极电位-标准还原电极电位,在25和pH7条件下,生物中重要的半反应的标准还原电势,氧化还原电位与自由能的关系 在标准条件下,电子从氧化还原电势较低的电对流向较高电对的倾向是自由能降低的结果。电子总是趋向反应系统的自由能降低的方向流动。 两电对间的标准氧化还原电势的差值: E = E电子受体 E电子供体
6、 氧化还原反应的标准自由能变化(Go)和E0的关系: G= - nFE n:电子转移数 F:法拉第常数96480J/(Vmol),例:电对NAD+NADH (E=-0.32V)与电对丙酮酸乳酸 (E= -0.19V) 组成原电池的话,根据上述原则, 电对丙酮酸乳酸则从电对NAD+NADH获得电子,使丙酮酸还原为乳酸;而NADH 则氧化成NAD+ 。 E= -0.19V -(-0.32V)=+0.13V G= - nFE0 反应自发进行,三、高能磷酸化合物,高能磷酸键 水解时释放的能量大于20.92KJ/mol的磷酸酯键,常表示为 P。 高能磷酸化合物 含有高能磷酸键的化合物,ATP在能量转化中
7、的作用,ATP,ADP,机械能(肌肉收缩) 渗透能(物质主动转运) 化学能(合成代谢) 电能(生物电) 热能(维持体温),生物体内能量的储存和利用都以ATP为中心。,ATP被水解时具有较高的自由能变化是由于ATP的特殊的分子结构决定的。 在它的分子结构中存在不稳定的因素,即静电排斥和相反(竞争)共振现象(opposing (or competing ) ressonance),使ATP结构不稳定;结构愈不稳定,愈易被水解,释放出的自由能就愈多。 一个化合物水解时释放出的自由能的多少全取决于反应产物和底物的化学结构,即取决于产物和底物各自所固有的自由能。,ATP具有较高的转移磷酸基的势能 生物体
8、内的许多化合物本身是不活泼的,不易参加体内的代谢反应,只有当它们转变成活泼的形式才能经受进一步的反应。例如,葡萄糖和甘油,当它们被磷酸化后才能参与体内的反应。ATP能把其磷酸基团转移到不同的受体分子上,产生低能的磷酸化合物,这些反应都是通过激酶(kinases)催化的。,乙酰CoA,TCA,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,* 生物氧化的一般过程,定义 代谢物脱下的成对氢原子(2H)通过多种酶和辅酶所催化的连锁反应逐步传递,最终与氧结合生成水,这一系列酶和辅酶称为呼吸链(respiratory chain)又称电子传递链(electron transfer chain)。 组
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- 生物 氧化 磷酸化
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